本文關(guān)鍵詞：超疏水鋁合金表面的構(gòu)建及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋁及其合金具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性,延展性和很好的機械加工等特性。因此,其在有色金屬中用量大、應(yīng)用廣。此外,鋁合金具有外觀好、質(zhì)輕,且在一定程度上具有比鋼鐵等金屬更好的耐腐蝕性能,從而在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)領(lǐng)域被廣泛使用。但是,鋁合金在酸、堿、海水以及一些強腐蝕性的濕環(huán)境中容易被腐蝕,在極端氣候條件下表面容易結(jié)冰結(jié)霜,在暴露的大氣環(huán)境和一些特殊條件下其表面容易被污染,這些都不同程度的阻礙了鋁及其合金的實際應(yīng)用。由于表面超疏水化在一定程度上能夠抑制材料的腐蝕,延遲結(jié)冰結(jié)霜時間和起到自清潔/防黏附的作用,因而在鋁及其合金表面構(gòu)建超疏水薄膜是提高鋁及其合金的耐腐蝕性能、防結(jié)冰、防結(jié)霜以及自清潔性能的一種有效可行的辦法。本研究通過簡便可行的兩步法(沸水處理+DMF-STA-H_2O浸泡)和一步法(DMF-STA-H_2O浸泡)成功構(gòu)建得到了鋁合金超疏水表面,對所制備的超疏水鋁合金的表面結(jié)構(gòu)、組成以及耐腐蝕、防結(jié)冰、防結(jié)霜和自清潔性能進行了詳細研究,主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)兩步法構(gòu)建超疏水鋁合金表面:用成本低廉、環(huán)保的兩步法成功構(gòu)建得到接觸角為156.6°、滾動角小于3°的超疏水鋁合金表面。研究了沸水處理時間、DMF-H_2O體積比和STA改性時間對超疏水鋁合金表面微結(jié)構(gòu)和表面潤濕性能的影響并最終確定出最佳工藝條件如下:沸水處理5 min,DMF-H_2O體積比為1:1,STA改性24 h。結(jié)果表明:鋁合金表面超疏水特性的獲得是由大量微-納米孔的花瓣狀均質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)和表面接枝的低表面能物質(zhì)的協(xié)同作用賦予的。(2)一步法構(gòu)建超疏水鋁合金表面:采用一步法成功使鋁合金表面超疏水化,探索了DMF-H_2O體積比和STA改性時間對鋁合金表面微結(jié)構(gòu)及潤濕性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)DMF-H_2O的體積比為1:3、STA改性時間為35 h時,可以獲得接觸角高達155.5°、滾動角小于3°的超疏水表面。由于鋁合金表面形成了大量微-納米級空穴結(jié)構(gòu),其上接枝了低表面自由能的烴基疏水長鏈,空穴中留存有大量空氣,因而水滴不能滲入其中而只能與表面突起相接觸,表面受到外界稍微擾動,水滴便會滾落,因此鋁合金表面便獲得了優(yōu)異的超疏水特性。(3)超疏水鋁合金的耐腐蝕性能:采用電化學(xué)測試和鹽水浸泡實驗對超疏水鋁合金的耐腐蝕性能進行了考察。電化學(xué)測試結(jié)果表明:相較于空白鋁合金,超疏水鋁合金的腐蝕電位正向移動而腐蝕電流密度顯著減小。鹽水浸泡0-90 d的空白和超疏水鋁合金表面的潤濕性、表面形貌和化學(xué)結(jié)構(gòu)對比分析結(jié)果表明:點蝕是造成腐蝕的主要原因,主要腐蝕產(chǎn)物為Al(OH)3,超疏水鋁合金表面上生成的腐蝕產(chǎn)物遠比空白鋁合金表面上的少。這些結(jié)果說明表面超疏水化可以顯著改善鋁合金的耐腐蝕性能,這是由于超疏水膜可以在界面處有效地捕捉大量的空氣,阻礙了水中的腐蝕性介質(zhì)與鋁合金表面的直接接觸,從而提高了鋁合金的耐腐蝕性能。(4)超疏水鋁合金表面的防結(jié)冰霜性能:通過模擬冰凍潮濕天氣,對所制備的超疏水鋁合金表面的防結(jié)冰霜性能進行了考察。結(jié)果表明:與空白試樣相比較,相同溫度下超疏水鋁合金表面的結(jié)冰時間均要延緩5~9 min;相同結(jié)冰時間下,超疏水試樣表面水滴結(jié)冰所需溫度比空白試樣表面降低了約2℃。此外,超疏水表面可以明顯抑制霜晶的生長,且其霜晶融化后形成易于滾動的小液滴。這表明超疏水鋁合金表面具有良好的防結(jié)冰霜性能。最后,對超疏水試樣的防結(jié)冰和防結(jié)霜機理進行了探討。(5)超疏水鋁合金表面的自清潔性能:通過以下兩種方法對超疏水鋁合金表面的自清潔性能進行了考察。a)以碳粉、粉筆灰和煙灰作為模擬污染物,考察了水滴在覆有污染物的空白和超疏水鋁合金表面滾動并帶走污染物的效果;b)通過對比鹽水浸泡后空白鋁合金和超疏水鋁合金表面吸附鹽漬情況。結(jié)果表明:相對于空白鋁合金,水滴在超疏水鋁合金表面滾動時可以不留痕跡的將表面污染物帶走,而由于強的疏水性和低的粘附力,超疏水表面具有防吸附鹽漬的效果。這表明超疏水鋁合金表面具有優(yōu)異的自清潔性能。(6)超疏水鋁合金表面構(gòu)建方法優(yōu)化:針對鋁合金表面拋光打磨去除表面氧化層這一繁雜步驟,本研究通過探索,發(fā)現(xiàn)在不拋光打磨情況下同樣能夠成功構(gòu)建超疏水鋁合金表面,從而簡化了鋁合金超疏水過程。
【關(guān)鍵詞】：超疏水 鋁合金 耐腐蝕 防結(jié)冰霜 自清潔
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-26
• 1.1 金屬鋁及其合金12-15
• 1.1.1 鋁的性能特點和應(yīng)用12
• 1.1.2 鋁及其合金在使用中存在的問題12-15
• 1.1.3 提高鋁及其合金的耐腐蝕和防結(jié)冰霜性能的措施15
• 1.2 超疏水表面15-23
• 1.2.1 超疏水現(xiàn)象15-17
• 1.2.2 超疏水表面的理論基礎(chǔ)17-19
• 1.2.3 超疏水表面的構(gòu)建方法19-21
• 1.2.4 超疏水表面的性能研究21-23
• 1.3 超疏水鋁基表面在制備及性能研究中存在的問題23-24
• 1.4 本課題的研究意義、研究內(nèi)容和研究目標(biāo)24-26
• 2 沸水處理+DMF-STA-H_2O溶液浸泡兩步法構(gòu)建超疏水鋁合金表面26-41
• 2.1 引言26
• 2.2 實驗部分26-29
• 2.2.1 實驗材料與儀器26-27
• 2.2.2 超疏水鋁合金表面的制備27-28
• 2.2.3 超疏水鋁合金表面的表征28-29
• 2.3 結(jié)果與討論29-40
• 2.3.1 不同處理步驟后鋁合金的表面形貌及潤濕性29-31
• 2.3.2 超疏水鋁合金的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)31-32
• 2.3.3 沸水處理時間對鋁合金表面微結(jié)構(gòu)和潤濕性能的影響32-34
• 2.3.4 DMF-H_2O的體積比對表面微結(jié)構(gòu)和潤濕性的影響34-36
• 2.3.5 硬脂酸改性時間對表面微結(jié)構(gòu)和潤濕性的影響36-38
• 2.3.6 超疏水鋁合金表面的微觀形貌及疏水機理探討38-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 3 DMF-STA-H_2O溶液浸泡一步法構(gòu)建超疏水鋁合金表面41-54
• 3.1 引言41
• 3.2 實驗部分41-43
• 3.2.1 實驗材料41-42
• 3.2.2 實驗儀器設(shè)備42
• 3.2.3 試樣制備方法42-43
• 3.2.4 超疏水表面的表征43
• 3.3 結(jié)果與討論43-52
• 3.3.1 超疏水鋁合金表面的疏水多樣性及穩(wěn)定性43-44
• 3.3.2 鋁合金表面的微觀形貌44-45
• 3.3.3 超疏水鋁合金表面的化學(xué)成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)分析45-47
• 3.3.4 不同DMF-H_2O的體積比對表面微結(jié)構(gòu)和潤濕性的影響47-49
• 3.3.5 STA改性時間對表面微結(jié)構(gòu)和潤濕性的影響49-51
• 3.3.6 疏水機理分析51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 4 超疏水鋁合金的耐腐蝕性能研究54-69
• 4.1 引言54
• 4.2 實驗部分54-55
• 4.2.1 實驗材料54
• 4.2.2 試樣的潤濕性和化學(xué)組成表征54-55
• 4.2.3 耐腐蝕性能測試55
• 4.3 兩步法制備的超疏水表面的耐腐蝕性能55-62
• 4.3.1 鋁合金試樣的腐蝕電位和腐蝕電流密度55-57
• 4.3.2 基于鹽水浸泡實驗研究超疏水鋁合金表面的耐腐蝕性能57-62
• 4.4 一步法構(gòu)建的超疏水鋁合金表面的耐腐蝕性能62-66
• 4.4.1 鋁合金表面的腐蝕電位和腐蝕電流密度62-63
• 4.4.2 基于鹽水浸泡實驗研究超疏水鋁合金表面的耐腐蝕性能63-66
• 4.5 超疏水鋁合金表面耐腐蝕性機理分析66-68
• 4.6 本章小結(jié)68-69
• 5 超疏水鋁合金表面的防結(jié)冰霜和自清潔性能研究69-81
• 5.1 引言69
• 5.2 實驗部分69-71
• 5.2.1 實驗材料69
• 5.2.2 實驗儀器69-70
• 5.2.3 防結(jié)冰實驗70
• 5.2.4 防結(jié)霜實驗70
• 5.2.5 自清潔性能測試70-71
• 5.3 結(jié)果與討論71-79
• 5.3.1 超疏水鋁合金表面的防結(jié)冰性能71-73
• 5.3.2 超疏水鋁合金表面的防結(jié)霜性能73-76
• 5.3.3 超疏水鋁合金表面的防結(jié)冰和防結(jié)霜機理分析76-77
• 5.3.4 通過不同污染物考察超疏水鋁合金表面的自清潔性能77-78
• 5.3.5 鹽水浸泡方法考察超疏水鋁合金表面的自清潔性能78-79
• 5.4 本章小結(jié)79-81
• 6 超疏水鋁合金表面的制備工藝優(yōu)化研究81-87
• 6.1 引言81
• 6.2 實驗部分81-82
• 6.2.1 實驗材料與儀器81-82
• 6.2.2 試樣制備方法82
• 6.2.3 超疏水膜的表征82
• 6.3 結(jié)果與討論82-85
• 6.3.1 鋁合金表面的微結(jié)構(gòu)83-84
• 6.3.2 鋁合金表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析84-85
• 6.4 本章小結(jié)85-87
• 7 結(jié)論與展望87-89
• 7.1 結(jié)論87-88
• 7.2 研究展望88-89
• 致謝89-90
• 參考文獻90-95
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果95

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10 方

本文編號：309561